分離工程概述.ppt

分離工程 Separation Engineering,喬遷 QQ:1983481611,分離工程,第1章 緒論 第2章 單級(jí)平衡過程 第3章 多組分多級(jí)分離過程分析與簡(jiǎn)捷計(jì)算 第4章 多組分多級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算 第5章 分離設(shè)備的處理能力和效率 第6章 分離過程的節(jié)能 第7章 其它分離技術(shù)和分離工程的選擇,第6章 分離過程的節(jié)能,混合過程為不可逆過程，其逆過程（分離過程）耗能。 學(xué)習(xí)本章意義： 1 確定完成一個(gè)分離過程所需理論最小能量； 2 確定接近此能量極限的實(shí)際過程，或減小使用昂貴能量的實(shí)際過程。,6.1 分離的最小功和熱力學(xué)效率 6.2 精餾的節(jié)能技術(shù) 6.3 分離順序的選擇,第6章 分離過程的節(jié)能,6.1 分離的最小功和熱力學(xué)效率,6.1.1 等溫分離最小功 6.1.2 非等溫分離和有效能 6.1.3 凈功消耗和熱力學(xué)效率,熱力學(xué)第二定律：完成同一變化的任何可逆 過程所需功相等。,6.1.1 等溫分離最小功,連續(xù)穩(wěn)定分離系統(tǒng)：,進(jìn)出系統(tǒng)物流變量： n，zi，H，S，Q,系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功： W,6.1.1.1 分離理想氣體混合物,例6-1；,6.1.1.2 分離低壓下液體混合物,例6-2,傳熱速率：,6.1.2 非等溫分離和有效能,熵平衡：,式（6-20），（6-22）中：,等溫分離最小功,分離理想氣體混合物,二元理想氣體混合物分成純組分,總結(jié)：,分離低壓下液體混合物,二元液體混合物分離成純組分液體,非等溫分離：,系統(tǒng)的凈功（總功）：,過程可逆時(shí)，可得最小分離功：,6.1.3 凈功消耗和熱力學(xué)效率,通常，分離過程所需的能量多半是以熱能形式而不是以功的形式提供的。 一般以W凈計(jì)算能量： 凈功消耗： W凈=W入W出 一般分離過程：,非等溫可逆過程為1。,T0=294K,例6-3 某丙烯 - 丙烷精餾塔按附圖條件操作，環(huán)境溫度為 294K ，計(jì)算其熱力學(xué)效率。,解：計(jì)算基準(zhǔn)：1小時(shí) 熱力學(xué)效率 有效能變化和凈功消耗 再沸器負(fù)荷（冷凝器負(fù)荷給定）,由圖得： D=159.21kmol/h W=112.95kmol/h F=272.16kmol/h 全塔熱量衡算： QR=34311918.14kJ/h,6.2 精餾的節(jié)能技術(shù),6.2.1 精餾過程的熱力學(xué)不可逆性分析 6.2.2 多效精餾 6.2.3 低溫精餾的熱泵 6.2.4 設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器的精餾,6.2.1 精餾過程的熱力學(xué)不可逆性分析,熱力學(xué)不可逆性： 1.通過一定壓力梯度動(dòng)量傳遞 2.通過一定溫度梯度熱量傳遞 3.通過一定濃度梯度質(zhì)量傳遞（或不同化學(xué)位物流直接混合）,使凈功降低的方法： 降低壓差 減少溫差 減少濃度與平衡濃度差 1）塔設(shè)備 若N越多，使P，不可逆性越大 可使：氣速，液層高度；使P 但是：氣速，生產(chǎn)能力不變時(shí)D ，投資費(fèi) 液層高度，板效率 改進(jìn)方式：1. 選擇合適的塔徑、液層高度 2. 改板式塔為高效填料塔,2）再沸器、冷凝器 若傳熱溫差小，不可逆性減小 但是：傳熱面積，設(shè)備費(fèi)用 改進(jìn)方式：1. 采用高效換熱器 2. 改進(jìn)操作方式 3）傳熱推動(dòng)力、傳質(zhì)推動(dòng)力 精餾操作：Ln+1，Vn-1進(jìn)入n板， 對(duì)Vn，Ln在 n 板溫度和濃度相互不平衡,改進(jìn)方式：1. 傳熱推動(dòng)力 T=（Tn-1Tn） 2.傳質(zhì)推動(dòng)力 y=（KnXn,iyn-1,i） 即：y-x圖中，操作線向平衡線靠近 T y ,N= 換熱器臺(tái) 塔徑： 中間大，兩頭小,6.2.2 多效精餾 多效精餾：能量減少3040% 圖6-7：多效精餾塔的基本方式 特點(diǎn)：高壓塔氣相采出是低壓塔塔釜的熱源； 用一倍的熱處理兩倍之多進(jìn)料。,(a) 分別進(jìn)料,(b) 低壓塔產(chǎn)物進(jìn)高壓塔,(C) 產(chǎn)物前饋進(jìn)料,6.2.3 低溫精餾的熱泵 用于：組分沸點(diǎn)差較小的低溫精餾 采用：膨漲閥、壓縮機(jī) 三種：1. 外部制冷劑 圖6-9 2. 壓縮塔頂蒸汽 圖6-10 3. 用再沸器氣體閃蒸 圖6-11 表6-1 低溫下丙烯丙烷分離的熱力學(xué)效率和公用費(fèi)用,6.2.4 設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器的精餾 1. 使操作向可逆精餾方向趨近 2. 采用中等溫度的再沸器和冷凝器 圖6-12 圖6-13 Mah,Wodnik SRV蒸餾 特點(diǎn)：沿全塔布置的換熱元件能大大降低塔頂、塔釜負(fù)荷 提餾段：蒸汽流率自下而上穩(wěn)定增加 精餾段：液體回流量自上而下穩(wěn)定增加,6.3 分離順序的選擇,6.3.1 簡(jiǎn)單分離順序的合成 6.3.2 復(fù)雜塔的分離順序,6.3.1 簡(jiǎn)單分離順序的合成,一、分離順序數(shù) 將混合物ABCDE (按揮發(fā)度降低排列）分離為純組分。,二元：,一個(gè)塔， 一種方案,三元：,二個(gè)塔， 二種方案,四元：,順序流程,三個(gè)塔，五種方案,按相對(duì)揮發(fā)度交錯(cuò)采出的逆序流程,C個(gè)組分，采用C-1個(gè)塔，分離序數(shù)為：,用（628）或（629）計(jì)算結(jié)果列入表62。 對(duì)于特殊精餾： 例萃取精餾：加質(zhì)量分離劑，且數(shù)目多。 總序數(shù)：,T不同質(zhì)量分離劑對(duì)相同組分分離方法數(shù)； C系統(tǒng)組分?jǐn)?shù)；SC簡(jiǎn)單塔計(jì)算順序數(shù)。,例6-5 用普通精餾將混合物分離成三個(gè)產(chǎn)品，確定分離順序數(shù)。,（相對(duì)揮發(fā)度遞減）,解：產(chǎn)品揮發(fā)性不相鄰 方法：1. 先分出純品， 查表62：C=5時(shí)，SC=14 2. 再將烷烴、烯烴混合 結(jié)論：采用普通精餾不合理,二、確定分離順序的經(jīng)驗(yàn)法,經(jīng)驗(yàn)法（啟發(fā)法）優(yōu)點(diǎn)： 不用對(duì)所有可能的分離順序進(jìn)行考察，在不作設(shè)計(jì)和設(shè)備費(fèi)用估計(jì)情況下，很快選出好順序。 普通塔經(jīng)驗(yàn)法： 1. 按相對(duì)揮發(fā)度遞減順序分離 依據(jù)：Underwood式：,餾出物中：1. 組分?jǐn)?shù)少，Vm少，熱負(fù)荷低； 2. 若混合物中含低沸物，使之不進(jìn)入后 面塔。,4. 分離要求高的組分最后分 分離要求：純度、回收率高 純度高，N多，此時(shí)無關(guān)鍵組分，使塔徑減小。 5. 含量多的組分先分 使后面能量降低、塔徑減小。 6. 特殊組分先分 特殊組分：熱敏性、強(qiáng)腐蝕性、易爆、易燃等。 注意：1. 以上經(jīng)驗(yàn)互相沖突，